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KommunikationstechnikFibel

Die Kommunikationstechnik-Fibel

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GPRS - General Packet Radio Service

GPRS ist eine Mobilfunktechnik, um im GSM-Netz eine Datenübertragung auf Basis einer verbindungslosen, paketorientierten Übertragungstechniken zu ermöglichen. Im Gegensatz zu verbindungsorientierten Übertragungstechniken hat GPRS den Vorteil, dass die gesamte Bandbreite von allen Teilnehmer genutzt werden kann, die in einer Mobilfunkzelle eingebucht sind. Was aber auch wieder ein Nachteil ist, weil sich die Teilnehmer innerhalb einer Funkzelle die Bandbreite für die reservierten GPRS-Datenkanäle teilen müssen. Die zu Verfügung stehende Bandbreite wird von den Teilnehmern nur dann genutzt, wenn Daten verschickt oder anfordert werden. Den fairen Zugriff auf die gesamte Bandbreite gewährleistet ein Protokoll.
Theoretisch hat jede mobile Station (Handy) die Möglichkeit, so viel Bandbreite zu nutzen wie es für die aktuelle Übertragung braucht. Begrenzt wird das nur vom Netzbetreiber und dem Endgerät.

GPRS - Genral Packet Radio Service

Mit GPRS hat der Netzbetreiber die Möglichkeit die Funkkapazität besser auszuschöpfen und den Zugriff auf Datennetze dank IP-Technik zu vereinfachen, ohne den Kunden umständlich mit Modems ins Festnetz wählen zu lassen. Für den Anwender reduzieren sich die Kosten für den Zugriff auf die Datennetze. Er bekommt eine höhere Transferrate zu Verfügung gestellt und die Zugriffszeiten auf die Datendienste verkürzen sich. Im Mobilfunknetz ist der Netzbetreiber gleichzeitig der Internet-Provider. So ist für Sprach- und Datendienste nur ein Dienstleister der Ansprechpartner und die Abrechnung erfolgt über eine einzige Rechnung. GPRS beinhaltet Roaming-Funktionen, womit sich auch im Ausland GPRS nutzen lässt.

Übertragungstechnik

GPRS nutzt die Kanäle, die auch bei GSM für die leitungsorientierten Sprachverbindungen genutzt werden. Durch spezielle Kanalkodierungen (Channelcoder) ergeben sich Brutto-Datenraten von 9.050, 13.400, 15.600 und 21.400 Bit/s. Aufgrund eines Protokolls zwischen Mobilfunktelefon (MS, Mobile Station) und BTS/BSC (BSS) auf der Sicherungsschicht (RLC, Radio Link Control) reduziert sich die Datenrate. Theoretisch wären 171,2 kBit/s durch die Bündelung von 8 Kanälen möglich. So bleiben maximal 115,2 kBit/s für die Nutzdaten übrig. Da sich alle Teilnehmer einer Funkzelle die Bandbreite teilen, bleiben ca. 40 kBit/s übrig. Berücksichtigt man das vorhandene Mobilfunkgeräte, ergibt sich eine Übertragungsgeschwindigkeit, die an analoge Modems herankommt (33,6 bis 50 kBit/s). Außerdem hängt die Übertragungsgeschwindigkeit stark von der Qualität der Funkverbindung und der Anzahl der aktiven Nutzer ab. Je mehr Nutzer gleichzeitig Daten übertragen, desto weniger Bandbreite bleibt für den einzelnen Nutzer übrig.

GPRS-Netzarchitektur

Die Netzarchitektur von GSM basiert auf einer dezentral organisierten leitungsvermittelten Architektur. Paketvermittelte Dienste waren in den Mobilfunknetzen ursprünglich nicht vorgesehen und erforderten mit der Einführung von GPRS neue Netzelemente. Um die Einführungskosten gering zu halten und das vorhandene System nicht vollständig ersetzen zu müssen, wurden mit GPRS neue Netzelemente eingeführt. Parallel zum GSM-Netz wurde eine separate Struktur aufgebaut. Damit GSM und GPRS zusammenarbeiten konnten, wurden bestehende GSM-Netzkomponenten um Zusatzfunktionen erweitert.

GPRS-Netzarchitektur

Wie in der GSM-Netzarchitektur gibt es auch bei GPRS die Mobile Station (MS). Sie ist das Mobilfunktelefon (Handy). GPRS-Handys sind in drei Klassen eingeteilt. Geräte der Klasse A ermöglichen nicht den gleichzeitigen Betrieb von GSM-Telefonie und GPRS-Datendienst. Bei diesen Geräten muss man beim Einschalten bereits den gewünschten Dienst auswählen. Geräte der Klasse B ermöglichen das gleichzeitige Einbuchen von GSM und GPRS, aber nicht die gleichzeitige Nutzung beider Dienste. Geräte der Klasse C bieten beides. Gleichzeitiges Einbuchen und gleichzeitige Nutzung von Telefonie und Datenübertragung.
Die Daten werden von der Mobile Station (MS) an die nächstgelegene Basisstation (BTS) übertragen. Die Basisstation und der Base Station Controller (BSC) sind für GPRS mit den neuen Channel-Kodierungen und der Signalisierung ausgerüstet. Außerdem ist der Controller für die GPRS-Kanalvergabe an die Endgeräte verantwortlich. In der BSC ist eine Packet Control Unit (PCU) eingebaut. Die PCU ist die Schnittstelle im BSC zum SGSN. Sie verarbeitet und überwacht die Datenpakete. Im Fehlerfall wird ein Paket nochmals angefordert.
Von der PCU werden die Daten an den Serving GPRS Support Node (SGSN) geschickt. Der SGSN ist die Schaltzentrale für das Senden und Empfangen der Daten für die mobilen Endgeräte. Die Nutzdaten werden auf dem direkten Weg zwischen Base Station Controller und SGSN übertragen. Die zur Signalisierung notwendigen Daten werden ebenfalls zwischen PCU und SGSN ausgetauscht. Das Protokoll dafür ist BSSGP.
Das SGSN ist über das GPRS Tunnel Protocol (GTP) mit dem Gateway GPRS Support Node (GGSN) verbunden. Das GGSN ist die Schnittstelle zu den Datennetzen wie dem Internet oder X.25 (Datex-P) mit Adressierung und Protokollumsetzung. Für das Internet ist das GGSN der Router zu allen mobilen Teilnehmern. Über die HLR kann der GGSN den Standort eines mobilen Teilnehmers herausfinden und die Daten an das zuständige SGSN weiterleiten. Das SGSN hat auch eine Verbindung zum Short Message Gateway MSC (SM-GMSC), um über GPRS übertragene SMS und MMS weiterzuleiten.
Die Border Gateways (BG) sind die Übergänge zwischen zwei GPRS-Netzen von unterschiedlichen Betreibern. Im GPRS-Standard sind die Details der Funktionalität dieser Komponenten nicht definiert.

Leistungsdaten von GPRS:

GSM-Technik

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